热力学4 与第二定律 .pptVIP

§8B.5 热力学第二定律 问题的提出？ 热机效率的研究 一、热机效率 违背热力学第一定律 第二类永动机 二、自然过程的方向 1. 功热转换 2. 热传导 3. 气体绝热自由膨胀 结论: 自然界中与热现象相关的一切自然过程都是沿一定方向 进行的。 三、热力学第二定律 1. 热力学第二定律的开尔文表述 不可能只从单一热源吸收热量，使之完全转化为功而不引起其它变化。 (1) “不引起其它变化”指系统和外界都无其它变化. 说明 (2) 热力学第二定律的开尔文表述 实际上表明了 而实质上说明了自发过程中功热转换过程具有一定的方向性 第二类永动机不可能制成 2. 热力学第二定律的克劳修斯表述 热量不能自动地从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。 实质上说明了自发过程中热传导过程具有方向性 (1)热力学第二定律克劳修斯表述的另一 叙述形式:理想制冷机不可能制成 说明 (2)热力学第二定律的克劳 修斯表述 实际上表明了 3. 热机、制冷机的能流图示方法 热机的能流图 致冷机的能流图 高温热源 低温热源 低温热源 高温热源 4. 热力学第二定律的两种表述等价 (1) 假设开尔文 表述不成立 克劳修斯表述不成立 高温热源 低温热源 (2) 假设克劳修斯 表述不成立 开尔文表述不成立 低温热源 高温热源 用热力学第二定律证明：在p?V 图上任意两条绝热线不可能相交 反证法 例 证 a b c 绝热线 等温线 设两绝热线相交于c 点，在两绝热线上寻找温度相同 的两点a、b。在ab间作一条等温线， abca构成一循环过程。在此循环过程该中 V p O 这就构成了从单一热源吸收热量的热机。这是违背热力学第二定律的开尔文表述的。因此任意两条绝热线不可能相交。 §5.5.2 可逆与不可逆过程 若系统经历了一个过程，而过程的每一步都可沿相反的方向进行，同时不引起外界的任何变化，那么这个过程就称为可逆过程。 一. 概念 如对于某一过程，用任何方法都不能使系统和外界恢复到原来状态，该过程就是不可逆过程 可逆过程 不可逆过程 自发过程 自然界中不受外界影响而能够自动发生的过程。 1. 不可逆过程的实例 力学（无摩擦时） x m 过程可逆 （有摩擦时） 不可逆 二.不可逆过程 （真空） 可逆 （有气体） 不可逆 功向热转化的过程是不可逆的。 ? 墨水在水中的扩散 一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程。 ? 热量从高温自动传向低温物体的过程是不可逆的 ? 自由膨胀的过程是不可逆的。 ? 一切与热现象有关的过程都是不可逆过程，一切实际过程都是不可逆过程。 不平衡和耗散等因素的存在，是导致过程不可逆的原因。 2. 过程不可逆的因素 无摩擦的准静态过程是可逆过程（是理想过程） 三. 热力学第二定律的实质，就是揭示了自然界的一切自发 过程都是单方向进行的不可逆过程。 §6.4 卡诺循环 卡诺定理 一. 卡诺循环 卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成 1. 卡诺热机的效率 a b c d Q1 Q2 p V O V1 p1 V2 p2 V3 p3 V4 p4 气体从高温热源吸收的热量为 气体向低温热源放出的热量为 对bc﹑ da应用绝热过程方程，则有 理想气体可逆卡诺循环热机效率只与 T1，T2 有关,温差 越大，效率越高。提高热机高温热源的温度T1 ，降低低 温热源的温度T2 都可以提高热机的效率。 讨论 卡诺循环热机的效率为 2. 卡诺致冷机的致冷系数 a b c d 卡诺致冷循环的致冷系数为 当高温热源的温度T1一定时，理想气体卡诺循环的致冷系数只取决于T2 。 T2 越低，则致冷系数越小。 说明 p V O V1 p1 V4 p4 V3 p3 V2 p2 Q2 Q1 由bc﹑ da绝热过程方程，有 1. 在温度分别为T1 与T2 的两个给定热源之间工作的一切可 逆热机，其效率 相同，都等于理想气体可逆卡诺热机的 效率，即 二. 卡诺定理 2. 在相同的高、低温热源之间工作的一切不可逆热机，其 效率都不可能大于可逆热机的效率。 说明 (1) 卡诺定理给出了热机效率的极限。 (2)卡诺定理指出了提高热机效率的方向 增大高低温热源的温度差 减小热机循环的不可逆性 (3)建立了热力学温标 可逆卡诺循环热机的效率与工作物质无关